第五章 cae 模流分析技術的應用 ·...

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- 30 - 第五章 CAE 模流分析技術的應用 5.1 引言 本章擬以理論及數值模擬分析,探討射出成型的熔膠在模具充填過程中,成型製程 操作條件與模具流道設計參數的影響,期能利用 CAE 模流分析技術選定模具、塑膠材 料、與射出機台後就可自動設定加工條件參數,達成 CAE 模擬分析與現場實務設計同步 化。 電腦輔助工程 CAE (Computer-Aided Engineer) 模流分析技術日益精進,以提昇 產業的競爭力及減少現場實際試誤的成本與時程浪費,使業者邁向更快速及更周密生產 流程。使用者應在最短時候內學會操作 CAE 模流分析軟體,熟悉指令操作,依照 CAE 模 流分析進行產品設計,做為開模前模擬與測試,以達到效果事半功倍。 本章以無線通訊產品(Access Point)外殼為例,應用 CAE 模流分析技術,來探討產 品設計與製造的問題;在模具未正式開模前,先行檢討產品設計的缺失,再針對缺失項 目做設計改善,確保產品於塑膠射出成型符合品質標準要求,以提高研發、製造、生產、 檢驗的效率及降低其成本。 5.2 CAE 模流分析的操作步驟 模流 CAE 的操作可分成:模型建立(Modeling)、物性數據(Data Bank)、成型條件(分 析模組) 三方面[1]。CAE 模流分析的步驟有產生網格、匯入網格模型、選擇材料和射出 機的加工條件和模擬射出成型等[3]。首先在 CAD 軟體建構 FEM 的產品模型,如 Rhino、AutoCAD、Cimatron、Pro/Engineer、Ideas、Euclid 等;第二是將有限元素網 格匯入 Moldex3D;第三是選擇塑膠材料和設定加工條件,因為 Moldex3D 是基於塑膠材 料和高分子加工物理基礎,加上塑膠特性和加工狀況,以產生仿真的模流分析結果,並 得到準確的分析結果。 模型就是產品幾何形狀與尺度,模流分析 CAE 的軟體為模型建立,市面上可建立模 型之 CAD 軟體等,透過轉換介面工具成為有限分析(Finite Element Analysis) 網格 (Mesh)資料。匯入圖檔為操作的第一的步驟,它讀取其他軟體所建立的模型資料,如 *.iges 檔,挑選曲面並連結所有曲面以產生網格(Mesh),如曲面資料不齊全即修補曲 面。網格產生後,對於有破洞區域進行修補,有限元素網格的特性,是相鄰網格間的節 點要正確的連接;如此才能將節點上的物理訊息正確的傳遞下去。要做射出成型的模流 分析,可先利用 Rhino 繪製工具繪製流道、進澆點、水路與模座,將所有 Mesh 設定厚

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    第五章 CAE 模流分析技術的應用

    5.1 引言

    本章擬以理論及數值模擬分析,探討射出成型的熔膠在模具充填過程中,成型製程

    操作條件與模具流道設計參數的影響,期能利用 CAE 模流分析技術選定模具、塑膠材

    料、與射出機台後就可自動設定加工條件參數,達成 CAE 模擬分析與現場實務設計同步

    化。

    電腦輔助工程 CAE (Computer-Aided Engineer) 模流分析技術日益精進,以提昇

    產業的競爭力及減少現場實際試誤的成本與時程浪費,使業者邁向更快速及更周密生產

    流程。使用者應在最短時候內學會操作 CAE 模流分析軟體,熟悉指令操作,依照 CAE 模

    流分析進行產品設計,做為開模前模擬與測試,以達到效果事半功倍。

    本章以無線通訊產品(Access Point)外殼為例,應用 CAE 模流分析技術,來探討產

    品設計與製造的問題;在模具未正式開模前,先行檢討產品設計的缺失,再針對缺失項

    目做設計改善,確保產品於塑膠射出成型符合品質標準要求,以提高研發、製造、生產、

    檢驗的效率及降低其成本。

    5.2 CAE 模流分析的操作步驟

    模流 CAE 的操作可分成:模型建立(Modeling)、物性數據(Data Bank)、成型條件(分

    析模組) 三方面[1]。CAE 模流分析的步驟有產生網格、匯入網格模型、選擇材料和射出

    機的加工條件和模擬射出成型等[3]。首先在 CAD 軟體建構 FEM 的產品模型,如

    Rhino、AutoCAD、Cimatron、Pro/Engineer、Ideas、Euclid 等;第二是將有限元素網

    格匯入 Moldex3D;第三是選擇塑膠材料和設定加工條件,因為 Moldex3D 是基於塑膠材

    料和高分子加工物理基礎,加上塑膠特性和加工狀況,以產生仿真的模流分析結果,並

    得到準確的分析結果。

    模型就是產品幾何形狀與尺度,模流分析 CAE 的軟體為模型建立,市面上可建立模

    型之 CAD 軟體等,透過轉換介面工具成為有限分析(Finite Element Analysis) 網格

    (Mesh)資料。匯入圖檔為操作的第一的步驟,它讀取其他軟體所建立的模型資料,如

    *.iges 檔,挑選曲面並連結所有曲面以產生網格(Mesh),如曲面資料不齊全即修補曲

    面。網格產生後,對於有破洞區域進行修補,有限元素網格的特性,是相鄰網格間的節

    點要正確的連接;如此才能將節點上的物理訊息正確的傳遞下去。要做射出成型的模流

    分析,可先利用 Rhino 繪製工具繪製流道、進澆點、水路與模座,將所有 Mesh 設定厚

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    度、定義流道、澆口尺度與進澆點,完成模型之前處理,然後將 Mesh 模型資料存成

    Moldex3D 檔案資料[2]。

    塑料性質介紹,所有的物理解析均根據於材料的物性出發做計算,不同物料則有不

    同的成型狀況,提供一個塑料資料庫可供呼叫使用,也可以自行建立物料特性;成型條

    件,除了產品幾何構造、進澆口位置設定外、射出機更是不可忽視的重要加工程序,對

    於進料螺桿射出壓力、料溫設定、保壓時間等都是重要的因素。

    5.3 CAE 模流分析的電腦軟體與硬體之介紹

    Moldex3D 針對不同的分析需求,提供 2.5D (Shell) 與 3D (Solid) 的分析工具模

    組兩個部份。Shell 系統包括 Project、Flow / Pack、Cool、Warp、Gasln、RIM、Mesh

    等 7 個主要的模組; Solid 系統包括 Project、Flow、Pack、Cool、Warp、Fiber、Gasln、

    RIM、Mesh 等 9 個主要的模組[4];本文以 2.5D ( Shell)系統為研究分析使用工具模組。

    目前使用 CAE 模流分析,2.5D (Shell)的版本作業須在 Window NT Service Pack 6

    或 Window 2000 作業系統,硬體上需要處理器 Intel Pentium 3, 1.0G 或更高,最小記

    憶體 1.0 GB 或更高,硬碟 4 GB 或更高,顯示卡支援 OpenGL 規格,光碟機 2 倍數或更

    高;Solid 則是在 Window NT Service pack 6 或 Window 2000 作業系統操作,它的硬

    體需求是處理器 Intel Pentium 3, 1.7G 或更高,最小記憶體 1.5 GB 或更高,硬碟 60 GB

    或更高,顯示卡支援 OpenGL 規格,光碟機 2 倍數或更高[5]。

    Moldex3D 軟體架構介紹,可分為 9大部份[6]:

    (1)Project:透過易學易用的人機介面,使用者可以輕易的選擇塑膠材料及加工條件,

    快速的選擇塑膠材料及設定加工條件,快速檢視分析結果,管理設計變更

    並產生圖文並茂的 CAE HTML 報告。

    (2) Flow :流動分析模組可預測縫合線、包封位置、射出壓力、鎖模力、機器噸數、

    流道系統等重要的資訊;並提供動畫結果來檢視塑膠流動的情形。

    (1) Pack :飽壓分析模組可預測體積收縮、溫度分佈等資訊,協助避免過度飽壓與不

    均勻體積收縮等成型題。

    (4) Cool :冷卻分析模組可預測冷卻時間,模面溫差,熱通量分佈等資訊;具有最快

    速的分析速度,可以快速準確的分析模具水路的安裝及建議修改。

    (5) Warp :翹曲分析模組助預測產品在脫模完成後,可能產生的翹曲變形外觀,並幫

    助使用者找尋發生翹曲的主要原因,以防止翹曲的發生。

    (6) Fiber :纖維配向模組可以預測纖維充填,保壓過程中纖維的排向與分佈,並且提

    供翹曲模組進行含纖維,非等向性塑膠材料翹曲變形分析。

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    (7) Gasln :氣體射出模組模擬氣輔射出的氣體&塑膠的動態情形;並提供氣體穿透度、

    皮層厚度、塑膠流動波前等重要的資訊,並可預測冷卻與翹曲變形。

    (8) RIM :反應射出成型模組可以計算熱固性塑膠之硬化速率,並計算封膠充填和模

    內硬化分析,提供縫合線與包封位置、轉化率分佈、速度向量分佈、轉移

    壓力等重要資訊。

    (9) Mesh :網格模組是一套架裝在 Rhino 上的網格產生軟體,它強大網格功能將建

    構複雜實體網格,變成一件簡單的工作,且不論是在計算流力分析,熱分

    析及應力分析軟體上都有很良好的應用。

    5.4 CAE 模流分析的應用實例

    本章的CAE模流分析作業模擬對象,為如圖(5.1)所示的無線通訊產品橋接器

    ( Access Point) 外殼為主體,這項產品主要厚度為2 mm,最薄區域:0.8 mm,長度128

    mm,寬度103 mm,高度16 mm,體積33.5 C.C.,採用奇美塑膠材料(CHI-MEI) ABS塑膠

    材料PA757;屬於中小形產品設計,非常適合一般射出成型機製造加工作業 ,產品厚度

    分佈設計,如圖(5.2)所示。

    經過塑料選擇、成型條件及壓力曲線,確定所要模擬參數,其數據為初始成型條件

    為充填時間 0.5 Sec、塑料溫度 235 ℃、模具溫度 55 ℃。以下各節為模流分析的初步

    結果,以及模流變異因子的設定,包括了下列共 8組變異因子,以不同材料設定為奇美

    (CHI-MEI)/ABS–PA746 與 ABS–PA757;充填時間設為 0.3 sec 與 0.7 sec;塑料溫度

    設定為 230 OC 為 240 OC;模具溫度設定為 50 OC 與 60 OC;流道設計設定為流道 A 與

    流道 B 。

    圖 5.1 無線通訊產品橋接器( Access Point)外殼

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    圖 5.2 橋接器產品厚度分佈設計圖

    A. 網格模型

    為建立成品大小與肉厚最基本組成單位,先將成品型狀、尺寸、厚度建立完成後,

    做最終網格檢查,確定所有網格都是相連接,以利成品長肉厚及做其他的工程運算。就

    網格模型所有規格與測試數據如下:網格總數 = 12177 ;節點總數 = 6502 ;使用電

    腦規格:Intel P4 2.0 GHz,記憶體需求:RAM 512 MB *3;所有電腦計算所需時間:

    充填保壓分析 (MB) = 24.8;冷卻分析 (MB) = 25.8;翹曲分析 (MB) = 27.8 ;流動

    分析 = 2.2 小時;冷卻分析 = 2.1 小時;翹曲分析 = 192 秒,如圖(5.3)所示。

    圖 5.3 橋接器網格模型圖

    厚度:1 mm

    主平面厚度:2 mm

    Boss 區域厚度:1 mm

    Rib 區域厚度:0.8 mm

    周圍淺藍色區域厚度:1.2 mm

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    B. 材料特性

    以成品的塑膠材料(包括了奇美/ABS/PA757 與奇美/ABS/PA746)等兩種的特性,為初

    步的分析,包含材料黏度(Viscosity)、PVT 關係(P-V-T Relationship)、比熱(Heat

    Capacity)、熱傳導係數(Thermal Conduction)等四大部份,然後依分析結果討論,如

    圖(5.4)所示[7]。詳細説明如下:

    (1)黏度(Viscosity):流體流動阻力的度量。黏度越高,流動阻力越大,流動越困難,

    對一般熱塑性塑料,黏度是塑料成分、溫度、壓力及剪切率的函數。就溫度效應而言,

    熱塑性塑料的黏度,一般隨溫度升高而有降低的情形。就剪切率(Shear rate)的效應而

    言;剪切率越高,代表加工變形速率越大,由於高分子鏈被排向的結果,使大部份的塑

    料具有黏度隨剪切率升高而下降的切變致稀性(shear-thinning),如圖(5.4a1)與圖

    (5.4a2)所示。

    (2)PVT 關係(P-V-T Relationship):塑料的比容或密度是相狀態、溫度、壓力等的函數,

    一般而言可利用狀態方程式(State equation)或 P-V-T 方程式加以定量化;一但模式參

    數由實驗取得,代入此方程式中即可求得塑料,在某一溫度壓力下的比容或密度值,如

    圖(5.4b1)與圖(5.4b2)所示。

    (3)比熱(Heat Capacity):欲將單位塑料溫度,提高一度所需的熱量,是塑料溫度容易

    改變與否的度量;比熱越高,塑料溫度越不容易變化,反之亦然,如圖(5.4c1)與圖

    (5.4c2)所示。

    (4)熱傳導係數(Thermal Conduction):塑料熱傳導(thermal conduction)特性的度量,

    熱傳導係數越高,熱傳導效果越佳。塑料於加工過程中溫度傾向均勻,較不會因熱量局

    部堆積而有熱點(hot spot)產生;熱傳導係數及比熱攸關塑料之熱傳、冷卻性質,亦影

    響到冷卻時間長短,如圖(5.4d1)與圖(5.4d2)所示。

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    (a1) 奇美/ABS/PA757 黏度(Viscosity)[7]

    (a2) 奇美/ABS/PA746 黏度(Viscosity)[7]

    圖 5.4 ABS 材料的黏度、PVT 關係、比熱、熱傳導係數特性

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    (b1) 奇美/ABS/PA757 PVT 關係(P-V-T Relationship)[7]

    (b2) 奇美/ABS/PA746 PVT 關係(P-V-T Relationship)[7]

    圖 5.4 ABS 材料的黏度、PVT 關係、比熱、熱傳導係數特性

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    (c1) 奇美/ABS/PA757 比熱(Heat Capacity)[7]

    (c2) 奇美/ABS/PA746 比熱(Heat Capacity)[7]

    圖 5.4 ABS 材料的黏度、PVT 關係、比熱、熱傳導係數特性

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    (d1) 奇美/ABS/PA757 熱傳導係數(Thermal Conduction)[7]

    (d2) 奇美/ABS/PA746 熱傳導係數(Thermal Conduction)[7]

    圖 5.4 ABS 材料的黏度、PVT 關係、比熱、熱傳導係數特性

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    C. 加工條件設定

    射出成型品質的好壞,最重要的關鍵及技巧,在於製程條件的安排及設定,同時應

    一起考慮塑膠材料、射出成型機、模具,冷卻系統、環境溫度等因素,任何成品皆需經

    過此道關卡,才能將成品順利完成,達到品質標準要求,如圖(5.5)所示。

    圖 5.5 用以設定射出成型加工條件的圖表

    D. 流道佈置

    安排射出成型,塑料流動的方式及路徑,是攸關塑料充填最重要的因素。流道佈置

    安排應以平均充填為主,儘量以最短行逕為最佳首選,同時應考慮冷料井設計,並以減

    少流道廢料的設計為最優先,如圖(5.6)所示。其說明如下:(1)冷流道直徑3 8mm ;

    (2)冷流道直徑6mm ;(3)冷流道直徑6 0.8mm ;(4)進澆厚度1mm ;流道總體積為:2.75

    C.C.。

    充填

    保壓

    冷卻

    充填流率

    充填壓力

    保壓壓力

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    圖 5.6 成型模具流道設計說明

    E. 初步充填分析與流動波前圖

    藉由不同範圍的模穴充填模擬啟動前圖,或是流動波前動畫,可看塑料在模穴中流

    動波前各階段的充填情形,並可預測縫合線及包封等位置,且可判斷是否會有短射現象

    發生,提供排氣孔位置安排等參考。

    包括射出成型模穴充填模擬啟動前,如圖(5.7)所示;充填 25~30%,如圖(5.8)

    所示,(說明(a):一般而言,塑料的充填會趨向阻力最小的區域流動,因此區域厚度 0.8

    mm 較薄,阻力較大,流動有些微遲滯的情況);充填 40~60%,如圖(5.9)所示、充填

    75~80%,如圖(5.10)所示;充填 90~95%,如圖(5.11)所示;模穴充填模擬即將充填

    完成時(充填 98~100%),如圖(5.12)所示等階段。

    1

    234

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    圖 5.7 橋接器射出成型模穴充填模擬啟動前

    圖 5.8 橋接器模穴充填模擬至 25~30% 時

    厚度分佈圖

    0.8 mm

    2 mm

    (a)

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    圖 5.9 橋接器模穴充填模擬至 40~60% 時

    圖 5.10 橋接器模穴充填模擬至 75~80%時

    結合線位置

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    圖 5.11 橋接器模穴充填模擬至 90~95%時

    圖 5.12 橋接器模穴充填模擬即將充填完成時

    流動末端

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    F. 熔接線形成

    可分為熱熔接線,發生於充填過程中,熔接溫度較高;當熱熔接線的熔接角大於

    120~150 度時,熱熔接線的痕跡較不明顯;而冷熔接線,發生於充填即將結束時,熔合

    溫度較低,熔接線痕跡明顯,熔接角接近 0 度,如圖(5.13)所示。

    圖 5.13 成型中熔接線的形成

    5.5 初步模擬分析

    此分析主要進行模式,先進行初步的分析,包含的模流分析的四大部份;如 Flow (充

    填)、Pack (保壓)、Cool (冷卻)、Warp (翹曲)等,然後依分析結果討論,詳細説明如

    下:

    A. 充填分析結果說明

    分析結果:包括中心溫度分佈圖,如圖(5.14a)所示,說明:( (aa)此Rib 因厚

    度0.8 mm較薄,且先充填完畢先冷卻,至充填結束時中心溫度已冷卻至134~141°C);成

    型充填結束瞬間,塑件肉厚方向中心層的溫度分佈情形。平均溫度分佈圖,如圖(5.14b)

    所示;顯示充填結束瞬間塑件,在厚度方向的平均溫度。容積溫度分佈圖,如圖(5.14c)

    結合線發生時平均溫度

    分佈

    熔接角 熱熔接線

    嵌件 塑料充填方向

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    所示;(說明:(cc)此區域溫度較高有黏滯生熱的現象),容積溫度指厚度方向的體積加

    權平均料溫,此數據忽略來自不流動固化層的溫度加權,因此可以顯示熱對流,及黏滯

    加熱對溫度的效應;此數據可視為融膠熱對流對溫度分怖的效應。

    圖 5.14 成型充填的溫度分佈:(a)中心溫度,(b)平均溫度,(c)容積溫度

    (1)剪切率分佈:顯示充填結束瞬間剪切率分布情形,剪切率指塑料成型加工,過程中

    的特徵形變速率,剪切率越高,代表形變速率越高,塑料高分子鏈,被高速剪切變形而

    順向排列。因此剪切率分佈,與速度梯度(變化量),黏滯加熱以及分子鏈配向性有關,

    剪切率過高會破壞高分子鏈,造成成型塑件局部劣化,同時高剪切率也有可能,導致過

    量黏滯加熱造成塑件燒焦,如圖(5.15)所示;(說明:(a)一般而言,在均一肉厚的情

    況下,塑料的充填會以最短距離進行,而此區域充填速度也較其它區域快;(b)此區域

    因充填速度較快,剪切率高,造成黏滯生熱,溫度上升)。

    (2)壓力分佈:顯示充填結束瞬間各處的壓力值,由流道至充填末端漸減,最大壓力值

    可提供射出機之鎖模力值,壓力分布是否均勻顯示壓力傳遞效果。評估模具中肉厚及溫

    度,對於壓力分布及損耗的影響,如圖(5.16)所示。(說明: (a)成品壓力分佈在0~47MPa,

    此區域顏色變化較為劇烈,壓力損失也較高;(b)此成型所需壓力約78.4 MPa ,流道壓

    力降約31 MPa)。

    (3)剪切應力分佈:顯示充填結束,瞬間模穴各處剪切應力分布情形。剪切應力代表塑

    料在加工過程中,由於剪切流動,造成的應力大小,可由圖判別塑料流動應力是否過高,

    以作為是否使塑料產生裂解,及過度殘餘應力(residual stress)的參考。其值過大

    (bb) (aa)

    (a) 中心溫度分佈圖 (b) 平均溫度分佈圖 (c) 容積溫度分佈圖

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    (>1MPa),造成產品日後可能產生斷裂等問題,如圖(5.17)所示。(說明: (a)顏色顯

    示區域為剪切應力在1MPa 以上的分佈情況)。

    圖 5.15 成型充填剪切率分佈

    圖 5.16 成型充填壓力分佈

    (a)澆口至波前的最短距離

    黏滯加熱溫昇分佈圖

    (b)

    (a)

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    圖 5.17 成型充填剪切應力分佈

    B. 保壓分析結果說明

    成型製造加工,除應防止成品翹曲、變形、冷卻不良問題外,首重保壓加工。因保

    壓是關係未來成品尺寸最重要的因素,攸關成品未來是否凹陷與變形等問題,為製程加

    工重要因素。

    (1)溫度分佈:中心溫度分佈圖,如圖(5.18a)所示;顯示保壓結束瞬間,塑件肉厚方

    向中心層的溫度分布情形,(說明:(aa)保壓結束時,中心溫度分佈在45~212°C之間)

    。平均溫度分佈圖,如圖(5.18b)所示;顯示保壓結束瞬間塑件在厚度方向的平均溫

    度。(說明: (bb)保壓結束時,平均溫度分佈在41~153°C之間,此區域因充填有黏滯加

    熱的現象,造成溫度較其它區域高)。

    (aa) (bb)

    (a) 中心溫度分佈圖 (b) 平均溫度分佈圖

    圖 5.18 保壓溫度分佈:(a)中心溫度,(b)平均溫度

    (a)

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    (2)壓力分佈:如圖(5.19)所示,顯示保壓結束瞬間各處的壓力值,由流道至充填末

    端漸減,最大壓力值可提供射出機之鎖模力值。壓力分布是否均勻,顯示壓力傳遞效果,

    評估模具中肉厚及溫度,對於壓力分布及損耗的影響。說明:保壓壓力分佈在0~30MPa,

    保壓結束,澆口區域平均溫度均已降至120°C左右,壓力已較難傳遞。

    圖 5.19 成型充填壓力分佈

    (3)體積收縮率分佈:如圖(5.20)所示,顯示塑件自充填與保壓結束後,冷卻至室溫

    常壓時的體積收縮率值,提供成形條件其保壓效果,及翹曲變形等之參考。正值代表『收

    縮』,負值代表塑件『膨脹』,但往往發生在壓力設定過高,或塑件太薄的情形。故此值

    愈小,代表產品收縮量愈小;若分佈不均,產品易造成翹曲變形。(說明:(a)體積收縮

    率分佈在0~4.4%,此區域溫度較高,收縮也較大)。

    圖 5.20 成型充填體積收縮率分佈

    平均溫度分佈

    (a)

    平 均 溫 度

    分佈圖

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    C. 冷卻分析結果說明

    冷卻分析的目的在於控制模具冷卻系統效率,於成品於射出成型加工時可觀察成品

    的品質殘留溫度的狀況,做為目前初步冷卻分析的參考。而冷卻時間,越短越好;此值

    越小,代表成品尺寸收縮率也越小,品質可越趨穩定;若冷卻分佈不均,成品易造成翹

    曲、變形,形成無法挽救的問題。

    (1) 冷卻水路配置:如圖(5.21)所示,成型品厚度愈厚,冷卻時間愈長。一般而言,

    冷卻時間與塑件厚度的平方成正比。也就是厚度加倍,冷卻時間增加四倍,(冷卻時間 tc

    = h2 )。水路配置,越靠近模穴,管徑越大,數目越多,冷卻效果越佳,冷卻時間越短。

    (說明:冷卻水路配置,其水路直徑為8 mm,水路溫度 30°C)。

    圖 5.21 成型充填冷卻水路的配置

    (2) 模溫分佈:如圖(5.22)所示,在射出成型加工過程中的週期平均(cycle-averaged)

    溫度分佈,由於在成型過程中模溫,與料溫會隨時間而變,週期平均代表取整個成型週

    期過程中的平均值。 (說明:(a)此Boss因較高,積熱較為嚴重;在公模面顏色大部份

    分佈在淺藍色及黃綠色區域,溫度約在53~71°C 。而母模面顏色分佈在藍色及淺綠色區

    域,溫度約在46~60°C ;因此公模面部位受熱溫度較高,而母模面部位溫度較低)。

  • - 50 -

    圖 5.22 成型充填模溫分佈

    (2)模溫差分佈:如圖(5.23)所示,指塑件上下模面之平均模溫差分佈,一般而言即

    是公模及母模(模仁和模穴側)的模面溫度差。此溫度差值愈低愈好,表示上下模面

    溫度相近,可達到均勻冷卻的效果,避免塑件厚度兩側冷卻不均,所造成的翹曲變

    形。就精密成型而言,上下模溫差應需控制在5℃以內。(說明:(a)此區域因在公模

    面的結構為Boss,且較高,積熱嚴重,模溫差也相對較高)。

    圖 5.23 成型充填模溫差分佈

    (a)

    (a)

  • - 51 -

    D. 翹曲分析結果說明

    成品設計影響未來,射出成型製程加工品質優劣,尤其是翹曲、變形等因素;故應

    考慮模具的冷卻效率,並可用來判別冷卻是否均勻,冷卻系統設計是否良好的指標。 X

    方向位移量分佈,X方向位移量分佈,值在-0.62~0.64 mm,如圖(5.24)所示;Y方向

    位移量分佈,Y方向位移量分佈,值在-0.82~0.64 mm、如圖(5.25)所示;Z方向位移

    量分佈,Z方向位移量分佈,值在-0.19~0.51 mm,如圖(5.26)所示;顯示塑件脫模後,

    冷卻至室溫常壓下,在三個座標方向的總尺寸變化(位移),此分布值與座標系統選擇有

    關。例如正值代表在 +x、+y、+z方向的位移,負值代表在-x、-y、-z方向的位

    移;此位移為總位移,考慮了P-V-T與模溫的綜合效應。此值為線性收縮率(Linear

    shrinkage)的度量,也是模具設計時尺寸補償的參考。Z方向熱位移量分佈,其值在

    -0.05~0.03 mm,影響的效應相當的小,如圖(5.27)所示。

    圖 5.24 成型充填 X方向位移量分佈

    + X

    + X 方向

    模穴尺寸或起始塑件尺寸

    u>0 u

    u u

  • - 52 -

    圖 5.25 成型充填 Y方向位移量分佈

    圖 5.26 成型充填 Z方向位移量分佈

    +Y

    -Y

    +Z

    - Z 變形方向

    變形方向

    變形方向

    體積收縮率

    分佈圖

    側邊收

    縮較小

    主平面收

    縮較大

    + Y 方向

    模穴尺寸或起始塑件尺寸

    u>0u

    u u

  • - 53 -

    圖 5.27 成型充填 Z方向熱位移量分佈

    5.6 結語

    本章以無線通訊產品橋接器(Access Point) 外殼為 CAE 模流分析作業模擬主體對

    象,所做的分析充分顯示 CAE 模流分析的功能及效用。

    然而 CAE 模流分析只是一種電腦工具,使用效益大小取決於操作者要如何發揮其功

    能,但錯誤的輸入可能得到反效果,遭受更大的損失;若要能發揮 CAE 的功能,關於準

    確性的一些基本的觀念,需要事先瞭解理論未完全發展完成前,仍有簡化與假設可能導

    致誤差;利用電腦運算與數值方法求解時,為求達到收斂得解,會有部份計算誤差的發

    生,其物性數據的真實性,含測試誤差與製程穩定性,都可能是人為操作上的誤差。

    一般說來,模型的建立尺寸精確度等,用 CAE 模流分析得解的誤差值,不見得都能

    小於模具容許公差,但不要認為 CAE 模流分析,不夠準確或失去實用性。但現實上,理

    論與實務雖仍有差距,但相對的 CAE 模流分析,提供了詳盡的數據輔助判斷,相較傳統

    經驗試誤法仍是大幅提升了設計上的效益。

    +Z

    -Z

    變形方向

    變形方向